點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)，包括中央控制模塊，用于發(fā)出點(diǎn)火指令和接收狀態(tài)反饋信號；點(diǎn)火模塊，用于根據(jù)所述的中央控制模塊發(fā)出的點(diǎn)火指令控制充電電路；初級線圈，位于所述的充電電路中并產(chǎn)生初級電壓；次級線圈，用于根據(jù)所述的初級線圈的初級電壓產(chǎn)生給火花塞放電的次級電壓；感應(yīng)電容，位于所述的次級線圈的附近，用于根據(jù)所述的次級線圈的次級電壓感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號，并反饋至所述的中央控制模塊，所述的中央控制模塊根據(jù)接收到的感應(yīng)信號判斷發(fā)動機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況。
【專利說明】點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及點(diǎn)火線圈次級電容耦合感應(yīng)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在汽車發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)中，點(diǎn)火線圈是一種為點(diǎn)燃發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的空氣和燃油混合物提供點(diǎn)火能量的執(zhí)行部件。它是一種基于電磁感應(yīng)原理的特殊脈沖升壓器，它將8-16V的低電壓按設(shè)定頻率通斷使之次級產(chǎn)生20-40KV的電壓通過火花塞產(chǎn)生電火花。在汽車發(fā)動機(jī)發(fā)展過程中，人們一直在尋求一些方法提高和完善對發(fā)動機(jī)的控制，比如發(fā)動機(jī)判缸，發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)部燃燒壓力狀況，由于點(diǎn)火線圈與發(fā)動機(jī)工作狀況息息相關(guān)，因而需要一種能利用點(diǎn)火線圈為基礎(chǔ)的判斷發(fā)動機(jī)氣缸位置和燃燒壓力狀況的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種可以利用點(diǎn)火線圈采用電容耦合感應(yīng)方法來探測發(fā)動機(jī)缸體位置的點(diǎn)火線圈感應(yīng)系統(tǒng)。
[0004]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供了一種點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)，包括中央控制模塊，用于發(fā)出點(diǎn)火指令和接收狀態(tài)反饋信號；點(diǎn)火模塊，用于根據(jù)所述的中央控制模塊發(fā)出的點(diǎn)火指令控制充電電路；初級線圈，位于所述的充電電路中并產(chǎn)生初級電壓；次級線圈，用于根據(jù)所述的初級線圈的初級電壓產(chǎn)生給火花塞放電的次級電壓；感應(yīng)電容，位于所述的次級線圈的附近，用于根據(jù)所述的次級線圈的次級電壓感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號，并反饋至所述的中央控制模塊，所述的中央控制模塊根據(jù)接收到的感應(yīng)信號判斷發(fā)動機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況。
[0005]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，還包括電容耦合感應(yīng)模塊，用于將所述的感應(yīng)電容的感應(yīng)信號進(jìn)行處理后輸出至所述的中央控制模塊。
[0006]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的電容耦合感應(yīng)模塊包括電動勢感應(yīng)電路，用于將所述的感應(yīng)電容的感應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電壓信號。
[0007]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的電容耦合感應(yīng)模塊包括信號處理電路，用于將所述的感應(yīng)信號或感應(yīng)電壓信號整形后輸出至所述的中央控制模塊。
[0008]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的中央控制模塊包括比較判斷器，用于測量輸入感應(yīng)信號并與預(yù)定值比較以判斷發(fā)動機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況。
[0009]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的感應(yīng)電容包括一平面銅膜，所述的平面銅膜在所述的次級線圈的投影至少部分落在所述的次級線圈上，所述的次級線圈與所述的平面銅模形成一虛擬稱合電容。
[0010]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的次級線圈同心設(shè)置于所述的初級線圈的外圍，所述的感應(yīng)電容置于次級線圈輸出端的上端。
[0011]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，本點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)連接到組合式火花塞，所述的組合式火花塞包括一排氣端火花塞和一壓縮端火花塞。[0012]本發(fā)明的點(diǎn)火線圈次級電容耦合感應(yīng)是一種可以用來判斷發(fā)動機(jī)相對應(yīng)的氣缸位置和汽缸內(nèi)燃燒相對壓力的技術(shù)，此技術(shù)可用來提高電噴系統(tǒng)點(diǎn)火子系統(tǒng)的控制精度，而且其信號可以用來取代相位傳感器，根據(jù)判斷耦合電容感應(yīng)在工作過程中的輸出信號波形可以判斷發(fā)動機(jī)缸體的相對位置及負(fù)載工作狀況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖1為根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)造圖；
附圖2描述了附圖1中電路的時(shí)序圖；
附圖3為相位感應(yīng)電壓與配對火花塞擊穿電壓關(guān)系一；
附圖4為相位感應(yīng)電壓與配對火花塞擊穿電壓關(guān)系二；
附圖5與附圖6為根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖7描述了次級線圈周邊電場電動勢與感應(yīng)電容位置原理圖；
附圖8至附圖19描述了在不同擊穿電壓下輸出的不同波形示意圖；
附圖20至附圖24描述了在不同轉(zhuǎn)速下輸出的不同波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0015]參見附圖1所示，為根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)造圖。本實(shí)施例的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)，包括中央控制模塊(ECU)，用于發(fā)出點(diǎn)火指令(點(diǎn)火正時(shí)信號)和接收狀態(tài)反饋信號，中央控制模塊包括比較判斷器，用于測量接收的狀態(tài)反饋信號并與預(yù)定值比較以判斷發(fā)動機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況；點(diǎn)火模塊，用于根據(jù)中央控制模塊發(fā)出的點(diǎn)火指令控制充電電路；初級線圈，位于充電電路中并產(chǎn)生初級電壓；次級線圈，用于根據(jù)初級線圈的初級電壓產(chǎn)生給火花塞放電的次級電壓；感應(yīng)電容，位于次級線圈的附近，用于根據(jù)次級線圈的次級電壓感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號，并反饋至中央控制模塊，中央控制模塊根據(jù)接收到的感應(yīng)信號判斷發(fā)動機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況；容耦合感應(yīng)模塊，用于將感應(yīng)電容的感應(yīng)信號進(jìn)行處理后輸出至中央控制模塊。電容耦合感應(yīng)模塊包括電動勢感應(yīng)電路，用于將感應(yīng)電容的感應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電壓信號；電容耦合感應(yīng)模塊還包括信號處理電路，用于將感應(yīng)信號或感應(yīng)電壓信號整形后輸出至中央控制模塊。
[0016]參見附圖5與附圖6的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，次級電容耦合感應(yīng)線圈構(gòu)造是一個(gè)模塊式的設(shè)計(jì)。如圖所示，次級線圈同心設(shè)置于初級線圈的外圍，將一個(gè)模塊化的電容(平面銅膜，圖中陰影部分)置于線圈次級輸出端的的附近，銅膜與次級線圈之間即可形成一個(gè)虛擬偶合電容。本實(shí)施例中的電容耦合感應(yīng)模塊的平面銅膜使貼覆于PCB之上，模塊連接到組合式分組點(diǎn)火線圈插頭給中央控制模塊(ECU)提供感應(yīng)信號，此感應(yīng)信號可用來判斷缸體位置和發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)負(fù)載狀況。附圖7描述了次級線圈周邊電場電動勢與感應(yīng)電容位置原理圖，具有感應(yīng)電容、電容耦合感應(yīng)模塊均位于次級線圈的感應(yīng)電場中，由于感應(yīng)電動勢隨著距離的增加而減小，因而理論上在電容耦合感應(yīng)點(diǎn)火線圈設(shè)計(jì)中，次級內(nèi)置電容值和感應(yīng)模塊置放在線圈高壓輸出端的位置非常關(guān)鍵，次級線圈設(shè)計(jì)和感應(yīng)模塊置放的位置需要優(yōu)化，達(dá)到最佳感應(yīng)效果同時(shí)也要保證產(chǎn)品的可靠性。若感應(yīng)模塊置放位置離次級高壓端過近，則會給產(chǎn)品耐久帶來負(fù)面影響，甚至可導(dǎo)致次級高壓端與模塊之間直接擊穿。次級線圈內(nèi)在電容大小取決于次級線圈骨架大小，槽數(shù)，總匝數(shù)，及各槽繞線匝數(shù)的分布。
[0017]本系統(tǒng)在使用時(shí)連接到組合式火花塞，通常組合式火花塞包括一對排氣端火花塞和一對壓縮端火花塞,其配對方式是I號與4號配對,2號與3號配對,其中I號與2號共用一個(gè)感應(yīng)模塊，由于使用分組點(diǎn)火線圈時(shí)發(fā)動機(jī)汽缸是配對工作的，當(dāng)其中一個(gè)火花塞的擊穿電壓為負(fù)電壓時(shí)，另一個(gè)火花塞的擊穿電壓必定為正電壓，排氣端的火花塞擊穿電壓在時(shí)間順序上要先于壓縮端的火花塞。當(dāng)汽缸4 (火花塞4)處入壓縮階段，汽缸I (火花塞I)則處入排氣階段。在時(shí)間h時(shí)ECU控制點(diǎn)火線圈，線圈次級兩端產(chǎn)生電壓為Vh4和Vm的同步增長但極向相反。此時(shí)的電壓相位感應(yīng)電壓Vphase接近0伏，直到火花塞I間隙被擊穿后電壓降低到0，相位感應(yīng)電壓Vph值突然由0變成非零值，且符號與Vh4電壓一致。當(dāng)Vh4在上升時(shí)，Vphase也持續(xù)增長。直到汽缸4中混合氣體被尚子化，電壓升聞到擊穿電壓VBD。在廣生放電電弧后，Vphase開始廣生振湯并逐漸裳減。圖3中的汽缸4處在壓縮沖程狀況，相位電壓Vphase與Vh4相對應(yīng)，在h和Vbd之間其值為負(fù)值，從而可以得出汽缸處在壓縮階段的判斷。在下一個(gè)循環(huán)，圖4中的汽缸I處在壓縮沖程狀況，相位電壓Vph與Vhi相對應(yīng)，在h和Vbd之間其值為正值，從而得出汽缸在壓縮階段的判斷。
[0018]由此可見，配對火花塞的擊穿順序是次級電容耦合應(yīng)用的一個(gè)特征，如附圖2中當(dāng)點(diǎn)火模塊產(chǎn)生一點(diǎn)火信號，初級線圈的電壓逐漸增加，初級線圈電壓逐漸增大的過程中，分組點(diǎn)火線圈在釋放能量的過程中，次級線圈周邊開始產(chǎn)生電場，逐漸增大的電場產(chǎn)生電動勢聯(lián)通配對的火花塞電極。在10~30微秒的瞬間，電動勢變得足夠大使得火花塞間隙被擊穿并產(chǎn)生火花，火花塞間隙產(chǎn)生火花強(qiáng)勁程度取決于各個(gè)火花塞間隙的阻抗。影響火花塞間隙阻抗的因素有很多，但影響最大的變量要屬壓縮缸內(nèi)的壓力。所以根據(jù)每次火花塞點(diǎn)火所需擊穿電壓的大小，可以對應(yīng)的得到壓縮缸內(nèi)壓力的一個(gè)范圍。
[0019]當(dāng)火花塞間隙之間的電壓增加到產(chǎn)生火花并點(diǎn)燃缸內(nèi)的燃油和空氣的混合體時(shí)，在火花產(chǎn)生的瞬間，火花塞間隙中的混合氣體被離子化使次級電流開始從正極流向負(fù)極，擊穿電壓的大小與燃油與空氣的混合氣體壓力成正比。缸內(nèi)壓力越大，需要的擊穿電壓也就越高。汽缸在排氣沖程時(shí)所需的擊穿電壓要小，因?yàn)樵谂艢鈺r(shí)缸內(nèi)的壓力要比壓縮沖程時(shí)缸內(nèi)壓力要小得多。這樣使得排氣端的火花塞間隙要比壓縮端的火花塞間隙先達(dá)到擊穿狀態(tài)，其時(shí)間差在幾個(gè)微秒范圍之內(nèi)。線圈在工作時(shí)，次級產(chǎn)生高壓，因次級線圈有內(nèi)在電容，在放電過程中產(chǎn)生振蕩形成振蕩波形。次級輸出電壓越高，所產(chǎn)生的振蕩波形數(shù)量就會越多。在電容感應(yīng)模塊上形成的感應(yīng)波形波數(shù)與線圈的負(fù)載電壓的關(guān)系如下:
【權(quán)利要求】
1.一種點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)，其特征在于:包括 中央控制模塊，用于發(fā)出點(diǎn)火指令和接收狀態(tài)反饋信號； 點(diǎn)火模塊，用于根據(jù)所述的中央控制模塊發(fā)出的點(diǎn)火指令控制充電電路； 初級線圈，位于所述的充電電路中并產(chǎn)生初級電壓； 次級線圈，用于根據(jù)所述的初級線圈的初級電壓產(chǎn)生給火花塞放電的次級電壓； 感應(yīng)電容，位于所述的次級線圈的附近，用于根據(jù)所述的次級線圈的次級電壓感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號，并反饋至所述的中央控制模塊，所述的中央控制模塊根據(jù)接收到的感應(yīng)信號判斷發(fā)動機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)，其特征在于:還包括電容耦合感應(yīng)模塊，用于將所述的感應(yīng)電容的感應(yīng)信號進(jìn)行處理后輸出至所述的中央控制模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)，其特征在于:所述的電容耦合感應(yīng)模塊包括電動勢感應(yīng)電路，用于將所述的感應(yīng)電容的感應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電壓信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)，其特征在于:所述的電容耦合感應(yīng)模塊包括信號處理電路，用于將所述的感應(yīng)信號或感應(yīng)電壓信號整形后輸出至所述的中央控制模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)，其特征在于:所述的中央控制模塊包括比較判斷器，用于測量輸入感應(yīng)信號并與預(yù)定值比較以判斷發(fā)動機(jī)的缸體位置和汽缸內(nèi)負(fù)載狀況。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)，其特征在于:所述的感應(yīng)電容包括一平面銅膜，所述的平面銅膜在所述的次級線圈的投影至少部分落在所述的次級線圈上，所述的次級線圈與所述的平面銅模形成一虛擬耦合電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)，其特征在于:所述的次級線圈同心設(shè)置于所述的初級線圈的外圍，所述的感應(yīng)電容置于次級線圈輸出端的上端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火線圈耦合感應(yīng)探測系統(tǒng)，其特征在于:連接到組合式火花塞，所述的組合式火花塞包括一排氣端火花塞和一壓縮端火花塞。
【文檔編號】F02P17/00GK103573528SQ201310577259
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】童彬 申請人:昆山凱迪汽車電器有限公司